JP2000091231A - Method for growing polycrystal and manufacturing device - Google Patents

Method for growing polycrystal and manufacturing device

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JP2000091231A
JP2000091231A JP10261490A JP26149098A JP2000091231A JP 2000091231 A JP2000091231 A JP 2000091231A JP 10261490 A JP10261490 A JP 10261490A JP 26149098 A JP26149098 A JP 26149098A JP 2000091231 A JP2000091231 A JP 2000091231A
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irradiated
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田 宏 治 臼
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To crystallize an amorphous or polycrystalline material having a large area without causing any nonuniform polycrystallization due to overlapping by forming a dot-like, linear, or planar luminous flux by using the light emitted from a semiconductor light emitting element, and irradiating an object with the luminous flux. SOLUTION: A plurality of semiconductor lasers 11 is mounted on a laser generator 10 in a state where the lasers 11 are arranged in an array-like state. Since the lasers 11 are arranged in the array-like state, a desired laser beam, such as a dot-like, linear, or planar laser beam can be formed without any restriction on the beam size. Therefore, an object l5 can be polycrystallized by irradiating the whole surface of the object 15 by one time of scanning by forming, for example, a linear laser beam having the length corresponding to the width of the object 15. Alternatively, a plurality of areas scattered on a substrate can be irradiated separately by projecting a plurality of dot-like luminous fluxes upon the areas. When the object to be absorbed is amorphous silicon, it is preferable to adopt a semiconductor laser using a gallium nitride semiconductor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶の成長方法
及び製造装置に関する。より具体的には、本発明は、ア
モルファス結晶あるいは多結晶を加熱により結晶化せし
める多結晶の成長方法及び製造装置に関する。
The present invention relates to a method and a device for growing a polycrystal. More specifically, the present invention relates to a polycrystal growth method and a manufacturing apparatus for crystallizing an amorphous crystal or a polycrystal by heating.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子線やRTA(rapid thermal anneal
ing)により、非晶質シリコン(a−Si)薄膜を溶
融、固化させて多結晶シリコン(poly-Si)を形成す
るプロセスは、低温での結晶成長を可能とする。このた
め、例えば、ガラス基板上に作成する大型のTFT(th
in film transistor)液晶ディスプレイへの応用が期待
されている。中でも、プラズマCVD法によりガラス基
板上に数10nm(ナノメータ)程度の膜厚のa−Si
膜を堆積し、波長308nmのXeClレーザ光をパル
ス状に照射することにより多結晶シリコン膜を形成する
技術が注目されている。
2. Description of the Related Art An electron beam or RTA (rapid thermal anneal) is used.
ing), a process of melting and solidifying an amorphous silicon (a-Si) thin film to form polycrystalline silicon (poly-Si) enables low-temperature crystal growth. For this reason, for example, a large TFT (th
In film transistor) Application to liquid crystal displays is expected. Among them, a-Si having a thickness of about several tens nm (nanometers) is formed on a glass substrate by a plasma CVD method.
Attention has been paid to a technique of forming a polycrystalline silicon film by depositing a film and irradiating the film with a pulse of XeCl laser light having a wavelength of 308 nm.

【0003】XeClレーザを用いる理由は、アモルフ
ァスSiの光吸収効率が前記レーザの波長近傍で高いの
で下地のガラス基板を溶かさずに所望のアモルファスS
i層のみを多結晶化させることが出来ること、或いは、
大出力発振の特徴を生かして大面積を照射することによ
り高スループットが期待できること、などである。
[0003] The reason for using the XeCl laser is that the optical absorption efficiency of amorphous Si is high near the wavelength of the laser, so that the desired amorphous S can be used without melting the underlying glass substrate.
that only the i-layer can be polycrystallized, or
High throughput can be expected by irradiating a large area by taking advantage of the characteristics of large output oscillation.

【0004】このような技術においては、レーザ光の発
生装置から取り出したレーザ光線を、光学レンズで光強
度の均一性を確保しつつ拡大、或いは集光して照射する
のが一般的である。得られる照射サイズは、約0.6J
級の最大照射エネルギを有する現状のレーザ光線発生装
置では、およそ幅200μm、長さ20cmである。こ
の照射面積は、アモルファス或いは多結晶に照射したレ
ーザ光線が、場合によっては溶融後に再結晶化させ、結
果として所望の大きさの多結晶粒径を得るに必要な量の
熱を披照射体に与えるための現実的な値である。即ち、
前記サイズに比べて、およそ一桁大きい面積に拡大され
たレーザビームサイズでは、前記結晶化を行うに充分な
単位面積あたりのエネルギーが被照射体に供給されず、
目的の多結晶を得ることは不可能である。
In such a technique, a laser beam taken out from a laser beam generator is generally expanded or condensed while irradiating the laser beam with uniformity of light intensity by an optical lens. The resulting irradiation size is about 0.6J
A current laser beam generator having a maximum irradiation energy of the class has a width of about 200 μm and a length of about 20 cm. The irradiation area is such that the laser beam irradiated on the amorphous or polycrystal is recrystallized after melting in some cases, and as a result, the amount of heat necessary to obtain the desired polycrystal grain size is applied to the irradiated body. Realistic value to give. That is,
With the laser beam size enlarged to about one digit larger than the size, energy per unit area sufficient to perform the crystallization is not supplied to the irradiation target,
It is impossible to obtain the desired polycrystal.

【0005】一方、例えば携帯型パーソナルコンピュー
タ(PC)に搭載される液晶ディスプレイイのサイズは年
々大型化し、現在の主流は12インチ型となりつつあ
る。近い将来には、13インチ以上の大きさのディスプ
レイを搭載した携帯型PCが主流となることは、予想に
違わない。前記13インチの表示を確保するには、長手
方向と短手方向がそれぞれ27cmと20cm程度の大
きさの長方形型の表示領域が必要である。ここに、実際
の液晶表示装置では、画像を表示する表示部の周囲に、
表示部の各画素を駆動するためのドライバ回路を配置す
る必要がある。多結晶シリコンが表示装置に適用される
メリットの一つは、前記表示部と駆動用ドライバ回路の
両方の半導体素子を、一枚の基板上に作製された多結晶
により形成することが可能な点である。これに対して、
アモルファス結晶を用いた表示装置の場合は、画素駆動
用の半導体チップを外付けで搭載する必要がある。つま
り、これと比較して、多結晶シリコンを用いた場合は、
部品点数の削減と製作工程数の削減の両方を実現でき
る。
On the other hand, the size of a liquid crystal display mounted on, for example, a portable personal computer (PC) is increasing year by year, and the current mainstream is becoming a 12-inch type. It is no surprise that portable PCs with displays larger than 13 inches will become mainstream in the near future. In order to secure the 13-inch display, a rectangular display area having a size of about 27 cm and about 20 cm in the longitudinal direction and the transverse direction is required. Here, in an actual liquid crystal display device, around a display unit for displaying an image,
It is necessary to arrange a driver circuit for driving each pixel of the display unit. One of the advantages that polycrystalline silicon is applied to a display device is that semiconductor elements of both the display portion and the driver circuit for driving can be formed by polycrystal formed on one substrate. It is. On the contrary,
In the case of a display device using amorphous crystals, it is necessary to externally mount a semiconductor chip for driving pixels. In other words, when using polycrystalline silicon,
It is possible to reduce both the number of parts and the number of manufacturing steps.

【0006】他方で、このドライバ回路を組み込むため
の領域として、画像表示に必要な表示部の周囲に更に1
cm程度の幅の領域が必要とされる。即ち、13インチ
を越える大型の液晶表示装置を作製するためには、長手
方向の短手方向がそれぞれ29cmと22cm程度の領
域を多結晶化する必要がある。
On the other hand, as an area for incorporating the driver circuit, one more area is provided around a display section necessary for image display.
An area with a width of about cm is required. That is, in order to manufacture a large-sized liquid crystal display device exceeding 13 inches, it is necessary to polycrystallize a region where the short side of the longitudinal direction is about 29 cm and 22 cm respectively.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレーザ
発生装置を用いた場合には、13インチを越える大面積
ディスプレイを作製するに際して、1画面を1回の照射
スキャンで形成することができず、レーザビームの端を
重ねて、2回以上の照射スキャンをする必要があった。
しかし、このレーザビームが重なる部分では、レーザ光
の照射量が他の部分よりも多く、多結晶の粒径のばらつ
きが他の部分よりも大きくなる場合がある。その結果と
して、このようにして得られた多結晶シリコンを用いて
作製された半導体素子には、多結晶の不均一に起因する
電気的特性の不均一が生じる。この不均一は、ディスプ
レイ上の表示面素の点欠陥、線欠陥やコントラストの不
均一をもたらす。
However, when a conventional laser generator is used, one screen cannot be formed by one irradiation scan when manufacturing a large-area display exceeding 13 inches. Thus, it is necessary to perform irradiation scanning twice or more by overlapping the ends of the laser beam.
However, in the portion where the laser beams overlap, the irradiation amount of the laser light is larger than in other portions, and the variation in the grain size of the polycrystal may be larger than in other portions. As a result, in the semiconductor element manufactured using the polycrystalline silicon obtained in this way, non-uniformity of electrical characteristics due to non-uniformity of polycrystal occurs. This non-uniformity causes point defects, line defects, and non-uniform contrast of display surface elements on the display.

【0008】以下に、図面を参照しつつ、この問題につ
いてさらに詳細に説明する。
Hereinafter, this problem will be described in more detail with reference to the drawings.

【0009】図10は、従来のXeClレーザを用いた
アモルファスシリコンの多結晶化の方法を表す概念図で
ある。およそ0.6J級のXeClレーザでは、レーザ
発生装置111から数cm角のサイズのレーザ光線を取
り出せる。この光線はガウス分布にて近似される光強度
分布を持っている。そこで、アモルファスシリコンを堆
積したガラス基板に導入する前に、ホモジナイザ(homo
genizer)113、収束レンズ系114を介して均一な
強度分布を持つレーザビームを形成し、最後に照射位置
に導くミラー18を介して、被照射基板115上に導か
れる。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a method of polycrystallizing amorphous silicon using a conventional XeCl laser. With a XeCl laser of about 0.6 J class, a laser beam having a size of several cm square can be extracted from the laser generator 111. This ray has a light intensity distribution approximated by a Gaussian distribution. Therefore, before introducing the amorphous silicon into the glass substrate, the homogenizer (homo-
A laser beam having a uniform intensity distribution is formed via a convergent lens system 114 and a convergent lens system 114, and finally is guided onto a substrate to be irradiated 115 via a mirror 18 which guides the laser beam to an irradiation position.

【0010】ここで、ビームサイズは、前記アモルファ
スシリコンを溶融し、多結晶化するための光強度密度を
必要とするので、所定のサイズに限定される。例えば、
上記したようなおよそ幅200μm、長さ20cmのビ
ームサイズが上限となる。このサイズに適合する最大サ
イズの液晶ディスプレイは、約12インチ型である。従
って、これ以上のサイズの液晶ディスプレイを実現する
には、ガラス基板上の一部分を多結晶化のために照射ス
キャンした後に、その端部を重なり合わせるようにして
さらにレーザを照射スキャンする必要がある。つまり、
被照射基板上の所望の照射領域に比べて、レーザビーム
の幅の方が狭いので、所望の照射領域を多結晶化する為
には2回以上のスキャンを行わなくてはならない。
[0010] Here, the beam size is limited to a predetermined size because a light intensity density for melting and polycrystallizing the amorphous silicon is required. For example,
The upper limit is a beam size of about 200 μm in width and 20 cm in length as described above. The largest liquid crystal display that fits this size is about 12 inches. Therefore, in order to realize a liquid crystal display of a size larger than this, it is necessary to scan a part of the glass substrate for irradiation for polycrystallization, and then scan the part of the glass substrate with a laser so that the ends overlap. . That is,
Since the width of the laser beam is narrower than the desired irradiation area on the irradiation target substrate, two or more scans must be performed to polycrystallize the desired irradiation area.

【0011】ここに、レーザビームを重ね合わせた部分
の多結晶の粒径は、それ以外の照射箇所に比べて不均一
となり、その不均一はその他結晶の上に直接形成される
半導体装置の電気的特性の不均一をもたらす結果とな
る。例えば、0.2μmの粒径を持つ均一な多結晶上に
作製されるTFTの移動度は、約50cm2/V・s±
10%の範囲に収まる。つまり、移動度は、45〜55
cm2/V・sとなる。これに対して、レーザビームが
重なり合う部分の粒径は、0.1〜0.5μm程度の範
囲に分散する。このような分布のある粒径上にTFTを
作製すると、その移動度は20〜80cm2/V・sの
範囲でばらつく。
Here, the grain size of the polycrystal in the portion where the laser beam is superimposed becomes non-uniform as compared with the other irradiated portions, and the non-uniformity is caused by the electric property of the semiconductor device directly formed on the other crystal. Resulting in non-uniformity of the mechanical properties. For example, the mobility of a TFT fabricated on a uniform polycrystal having a particle size of 0.2 μm is about 50 cm 2 / V · s ±
It falls within the range of 10%. That is, the mobility is 45 to 55
cm 2 / V · s. On the other hand, the particle size of the portion where the laser beams overlap is dispersed in the range of about 0.1 to 0.5 μm. When a TFT is manufactured on a particle size having such a distribution, the mobility varies in the range of 20 to 80 cm 2 / V · s.

【0012】この結果、この部分に液晶の画素部分が形
成されると、極端には線状の、あるいは点状の輝度むら
が生じ、あるいはコントラストの不均一が生じる。従っ
て、均一な多結晶体の作製には、重ね合わせの生じない
多結晶化の方法が必要であり、大面積ディスプレイの作
製には、そのサイズに対して充分な長さのライン状のビ
ームが必要である。
As a result, when a liquid crystal pixel portion is formed in this portion, extremely linear or dot-like luminance unevenness occurs, or contrast becomes nonuniform. Therefore, in order to produce a uniform polycrystal, a polycrystallization method that does not cause superposition is required, and in the case of producing a large-area display, a linear beam having a length sufficient for its size is required. is necessary.

【0013】一方、本発明者による検討の結果、結晶粒
径のばらつきを生じせしめるもう一つの原因として、レ
ーザビームの出力の変動が挙げられることが分かった。
すなわち、この変動は多結晶の不均一を生じ、プロセス
マージンを狭める要因にもなる。例えば、照射エネルギ
の許容範囲が370から430mJ/cm2の多結晶化
プロセスにおいて、ピーク・トゥ・ピークで5%のビー
ム強度の変動がある場合には、中心エネルギが400m
J/cm2の条件では多結晶化を行うことはできるが、
中心エネルギが410mJ/cm2を越えた、或いは3
90mJ/cm2未満の場合には、強度変動のために上
記許容値を外れ、所望の多結晶粒径が得られない。つま
り、見かけ上の照射エネルギーのマージンが(430−
370)=60mJ/cm2であっても、実際のプロセ
ス許容種囲は20mJ/cm2程度と狭い。
On the other hand, as a result of a study by the present inventors, it has been found that another cause of the variation in the crystal grain size is a variation in the output of the laser beam.
That is, this variation causes non-uniformity of the polycrystal, and also becomes a factor of narrowing the process margin. For example, in a polycrystallization process in which the allowable range of irradiation energy is 370 to 430 mJ / cm 2 , if there is a 5% peak-to-peak beam intensity variation, the center energy is 400 m
Polycrystallization can be performed under the condition of J / cm 2 ,
Central energy exceeds 410 mJ / cm 2 or 3
When it is less than 90 mJ / cm 2 , the above-mentioned allowable value is deviated due to a variation in strength, and a desired polycrystalline particle size cannot be obtained. That is, the apparent irradiation energy margin is (430-
370) = even 60 mJ / cm 2, the actual process tolerance species circumference is 20 mJ / cm 2 degree and narrow.

【0014】以上詳述したように、従来のXeClレー
ザによる結晶化プロセスでは、照射面積の制約とプロセ
スマージンの狭さ故の制限がある。
As described in detail above, in the conventional crystallization process using a XeCl laser, there are restrictions on the irradiation area and the narrow process margin.

【0015】これらの問題を解決するため、重なり領域
を形成せずにスキャン照射する方法が検討されている
が、具体的解決策は示されていない。一方、ビームサイ
ズを拡大するためには、レーザ装置の発振出力の向上が
必須である。しかし、現在の技術に於いては、高出力で
のレーザ発振ほどレーザ光強度の変動幅が拡大し、その
結果として、得られる結晶の粒径の分布も拡大するため
に、その上に作製される半導体素子の素子特性の不均一
が避けられない。
In order to solve these problems, a method of performing scanning irradiation without forming an overlapping area has been studied, but no specific solution has been disclosed. On the other hand, in order to increase the beam size, it is necessary to improve the oscillation output of the laser device. However, in the current technology, laser oscillation at high output increases the fluctuation range of the laser light intensity, and as a result, the distribution of the crystal grain size of the obtained crystal also increases. Non-uniformity of the device characteristics of the semiconductor device cannot be avoided.

【0016】以上説明したような事情から、上記の様な
重なり領域に起因する粒径の不均一を解消する方法が切
望されている。
Under the circumstances described above, there is a long-felt need for a method of eliminating the non-uniformity of the particle size caused by the above-mentioned overlapping region.

【0017】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のである。すなわち、本発明は、現状のレーザビームの
サイズを越えた大面積のアモルファス、或いは多結晶の
材料の結晶化を、重なりによる多結晶の不均一を生じさ
せることなく実施し、その結果として、より低コスト且
つ高性能な液晶ディスプレイを製造することができる多
結晶の作成方法とその製造装置を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of such circumstances. That is, the present invention performs crystallization of a large-area amorphous or polycrystalline material exceeding the current laser beam size without causing non-uniformity of the polycrystal due to the overlap, and as a result, It is an object of the present invention to provide a method for producing a polycrystal capable of producing a low-cost and high-performance liquid crystal display and an apparatus for producing the same.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は、もともと点光源に近く出力も不安定な
ガスレーザ発生装置の代わりに、出力がはるかに安定し
て、線状の均一なレーザビームを形成することができる
半導体発光素子に注目した。
In order to achieve the above object, the present inventor has proposed a gas laser generator having an output which is much closer to a point light source and whose output is unstable. Attention was paid to a semiconductor light emitting device capable of forming a uniform laser beam.

【0019】すなわち、本発明の多結晶の成長方法は、
非晶質あるいは多結晶状態の被照射体を光照射により多
結晶化せしめる多結晶の成長方法であって、半導体発光
素子から放出される光を用いて点状、線状、或いは面状
の光束を形成し、この光束を前記被照射体に照射するこ
とにより前記多結晶化することを特徴とする。
That is, the method for growing a polycrystal of the present invention comprises:
A polycrystal growth method in which an irradiation target in an amorphous or polycrystal state is polycrystallized by light irradiation, wherein a point-like, linear, or planar light beam is emitted using light emitted from a semiconductor light emitting device. And irradiating the light beam to the irradiation object to form the polycrystal.

【0020】ここで、前記光束は、前記被照射体上のい
ずれかの方向において前記被照射体の一端から他端まで
達する長さを有し、前記光束と前記被照射体とをひとつ
の方向に沿って相対的に移動させることにより前記被照
射体の全面を光照射することを特徴とする。
The light beam has a length extending from one end to the other end of the irradiation object in any direction on the irradiation object, and the light beam and the irradiation object are arranged in one direction. The entire surface of the object to be irradiated is irradiated with light by relatively moving the object along.

【0021】また、前記半導体発光素子から放出される
前記光の強度の時間的な変動または、前記被照射体の照
射面における光の照射量の分布を5%以内に抑制するこ
とを特徴とする。
[0021] Further, the present invention is characterized in that a temporal variation of the intensity of the light emitted from the semiconductor light emitting element or a distribution of a light irradiation amount on an irradiation surface of the irradiation object is suppressed to within 5%. .

【0022】また、複数の前記半導体発光素子を間隔を
おいて配置し、前記被照射体上において点在する複数の
領域を照射することを特徴とする。
Further, a plurality of the semiconductor light emitting elements are arranged at intervals, and a plurality of areas scattered on the irradiation object are irradiated.

【0023】さらに、前記被照射体が前記光照射により
溶融後固化する過程での、前記光照射される照射面の面
内方向の温度勾配を100℃/μm以上とすることを特
徴とする。
Further, the temperature gradient in the in-plane direction of the irradiation surface to be irradiated with the light is set to 100 ° C./μm or more in the process of melting and solidifying the irradiated object by the light irradiation.

【0024】一方、本発明による多結晶の製造装置は、
上述した成長方法を実施するものとして構成された各手
段を備える。
On the other hand, the apparatus for producing a polycrystal according to the present invention
It comprises each means configured to carry out the growth method described above.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しつつ本発明
の実施の形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】図1は、本発明による多結晶成長方法を表
す概念図である。すなわち、同図に表した方法において
は、レーザ発生装置10から線状のレーザ光が放出さ
れ、このレーザ光により被照射体15がスキャン照射さ
れる。同図中、レーザ発生装置10には、アレイ状に並
べた複数の半導体レーザ11が搭載されている。半導体
レーザ11をアレイ状に並べることで、点状、線状ある
いは面状の所望の光源をビームサイズの制限無く形成す
ることが出来る。従って、例えば、被照射体15の幅に
応じた長さの線状のレーザ光を形成し、1回のスキャン
で被照射体15の全面を照射して多結晶化することもで
きる。また、後に詳述するように、複数の点状の光束を
放出し、基板上に点在した複数の領域のそれぞれを照射
することもできる。つまり、本発明によれば、前述した
XeClガスレーザの場合のように被照射体15を分割
してスキャンするすることによるビームの重なり部が形
成されず、このような重なり部に起因する結晶粒径の不
均一を解消することができる。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a polycrystal growth method according to the present invention. That is, in the method shown in the figure, a linear laser beam is emitted from the laser generator 10, and the irradiation target 15 is scanned and irradiated with the laser beam. In FIG. 1, a plurality of semiconductor lasers 11 arranged in an array are mounted on a laser generator 10. By arranging the semiconductor lasers 11 in an array, a desired point-like, linear or planar light source can be formed without limitation on the beam size. Therefore, for example, a linear laser beam having a length corresponding to the width of the irradiation target 15 can be formed, and the entire surface of the irradiation target 15 can be irradiated by one scan to perform polycrystallization. Further, as will be described later in detail, a plurality of dot-like light beams can be emitted to irradiate each of a plurality of regions scattered on the substrate. That is, according to the present invention, as in the case of the XeCl gas laser described above, the overlapping portion of the beam is not formed by dividing and scanning the irradiation object 15, and the crystal grain size caused by such overlapping portion is not formed. Can be eliminated.

【0027】半導体レーザ11の材料や構造は、被照射
体の光吸収特性などに応じて適宜選択することができ
る。例えば、被吸収体がアモルファスシリコンである場
合には、後に詳述するように、窒化ガリウム系半導体を
用いた半導体レーザを採用することが望ましい。なお、
本願明細書において「窒化ガリウム系半導体」とは、B
xInyAlzGa(1-x-y-z)N(ここで、O≦x≦1、O
≦y≦1、O≦z≦1である。)のIII−V族化合物
半導体を含み、さらに、V族元素としては、Nに加えて
リン(P)や砒素(As)などを含有する混晶も含むも
のとする。
The material and structure of the semiconductor laser 11 can be appropriately selected according to the light absorption characteristics of the object to be irradiated. For example, when the object to be absorbed is amorphous silicon, it is desirable to employ a semiconductor laser using a gallium nitride-based semiconductor, as described later in detail. In addition,
In the present specification, “gallium nitride based semiconductor” refers to B
x In y Al z Ga (1 -xyz) N ( where, O ≦ x ≦ 1, O
≦ y ≦ 1, and O ≦ z ≦ 1. )) And a mixed crystal containing phosphorus (P), arsenic (As), etc. in addition to N as the group V element.

【0028】また、窒化ガリウム系半導体の他にも、例
えば、ZnS系、ZnSe系、ZnSSe系あるいはS
iC系などの材料を用いても短波長帯のレーザ光を得る
ことができる。さらに、半導体レーザ11の材料として
は、これらの他にも、例えば、AlGaAs系や、In
P系、InGaAlP系などの材料を用いても良い。こ
れらの材料を用いた場合は、レーザ光の波長が長いの
で、必要に応じてSHG(second harmonic genaratio
n:第2高調波発生)素子などを用いてアモルファスシ
リコンの吸収ピーク波長の近傍に波長変換することがさ
らに望ましい。
In addition to gallium nitride based semiconductors, for example, ZnS based, ZnSe based, ZnSSe based or S
Even if an iC-based material is used, laser light in a short wavelength band can be obtained. Further, as a material of the semiconductor laser 11, other than these materials, for example, an AlGaAs-based material,
Materials such as P-based and InGaAlP-based materials may be used. When these materials are used, the wavelength of the laser beam is long, so if necessary, SHG (second harmonic genaratio) may be used.
(n: second harmonic generation) It is more desirable to convert the wavelength to the vicinity of the absorption peak wavelength of amorphous silicon using an element or the like.

【0029】さらに、半導体レーザ11の代わりに、発
光ダイオード(LED:light emitting device)を用
いても良い。
Further, instead of the semiconductor laser 11, a light emitting diode (LED: light emitting device) may be used.

【0030】半導体レーザやLEDの出力変動は1%以
下であり、XeClレーザと比べて格段に小さい。この
ため、本プロセスで作製した多結晶の粒径は従来よりも
均一で、液晶ディスプレイの高性能化を実現することが
できる。
The output fluctuation of a semiconductor laser or LED is 1% or less, which is much smaller than that of a XeCl laser. For this reason, the grain size of the polycrystal produced by this process is more uniform than before, and it is possible to realize a high-performance liquid crystal display.

【0031】さらに、本発明によれば、被照射体のサイ
ズに適応したレーザビームを形成することが出来るた
め、従来に比べて光学系を簡素化することができる。そ
の結果として、光学系を含めたレーザ光系を簡略化し、
1/10程度に小型化することもできる。その結果とし
て、レーザ光線の制御性及び信頼性が飛躍的に向上し、
メンテナンスや取り扱いも容易となる。
Further, according to the present invention, a laser beam can be formed in accordance with the size of the irradiation object, so that the optical system can be simplified as compared with the related art. As a result, the laser light system including the optical system is simplified,
The size can be reduced to about 1/10. As a result, the controllability and reliability of the laser beam are dramatically improved,
Maintenance and handling are also easy.

【0032】以上説明したように、本発明によれば、半
導体レーザ素子を用いた点状、線状或いは面光源に近い
レーザ光発生装置10を用いることにより、原理的には
いかなるサイズの被照射体でも1回のスキャン照射で全
面を多結晶化することができる。その結果として、市場
において期待されている大型の液晶表示装置にも適用可
能なプロセスを提供することができる。また、レーザ光
線を基板に導入する光学系も従来例と比べて簡素化さ
れ、かつより光強度の変動の少ない安定な光源を用いる
ことによって、省スペース、高信頼性、プロセスマージ
ンの拡大などの種々の効果を得ることができる。
As described above, according to the present invention, by using the laser light generator 10 using a point-like, linear, or near-surface light source using a semiconductor laser element, in principle, any size of the irradiation target can be obtained. The whole body can be polycrystallized by one scan irradiation even for the body. As a result, it is possible to provide a process applicable to a large-sized liquid crystal display device expected in the market. In addition, the optical system that introduces the laser beam into the substrate is simplified compared to the conventional example, and by using a stable light source with less fluctuation in light intensity, space saving, high reliability, expansion of the process margin, etc. are achieved. Various effects can be obtained.

【0033】[0033]

【実施例】以下に、ガラス基板上に堆積したアモルファ
スシリコンを多結晶化する場合を例に挙げて、本発明の
実施例を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below by taking as an example a case where amorphous silicon deposited on a glass substrate is polycrystallized.

【0034】図2は、本発明の実施例を説明する概念図
である。同図中、アレイ状に並べられた半導体レーザ1
1としては、窒化ガリウム系半導体からなる半導体レー
ザを用いる。半導体レーザ11をアレイ状に並べること
で、点状、線状あるいは面状の所望のレーザ光をビーム
サイズの制限無く形成することができる。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of the present invention. In the figure, semiconductor lasers 1 arranged in an array
As 1, a semiconductor laser made of a gallium nitride based semiconductor is used. By arranging the semiconductor lasers 11 in an array, a desired point-like, linear or planar laser light can be formed without limitation on the beam size.

【0035】本実施例では、基板12の上に、0.5m
m間隔で600個の窒化ガリウム系半導体レーザ11を
アレイ状に配列することにより直線状のレーザビームを
形成する。アレイ状に並べたレーザ素子11を高出力で
動作させる場合は、安定な動作を長時間維持するための
冷却機構も設けることが望ましい。
In the present embodiment, 0.5 m
A linear laser beam is formed by arranging 600 gallium nitride based semiconductor lasers 11 in an array at m intervals. When operating the laser elements 11 arranged in an array at a high output, it is desirable to provide a cooling mechanism for maintaining stable operation for a long time.

【0036】また、半導体レーザ11の発振波長は、ア
モルファスシリコン或いは多結晶シリコンの吸収効率が
高い300nm近傍であることが望ましい。半導体レー
ザ11の活性層として窒化ガリウム(窒化ガリウム)を
用いた場合には、発振波長は約420nmであるが、G
aNにホウ素(B)やアルミニウム(Al)を添加して
バンドギャップを大きくすることにより、発振波長を3
00nmに近づけることができる。
The oscillation wavelength of the semiconductor laser 11 is preferably in the vicinity of 300 nm where the absorption efficiency of amorphous silicon or polycrystalline silicon is high. When gallium nitride (gallium nitride) is used as the active layer of the semiconductor laser 11, the oscillation wavelength is about 420 nm.
By increasing the band gap by adding boron (B) or aluminum (Al) to aN, the oscillation wavelength becomes 3
00 nm.

【0037】一方、本発明者の検討の結果、被照射体1
5にレーザビームを照射して多結晶化するに際しては、
基板上に堆積されたアモルファスシリコン層が溶融後に
固化する過程で、水平方向の温度勾配が100℃/μm
以上となるように、レーザビームのビーム端の強度分布
とスキャン速度とを調節することが望ましいことが分か
った。従来のXeClガスレーザを用いた多結晶化プロ
セスの場合には、レーザのパルス照射時間が約20ナノ
秒で、水平方向の温度勾配が約500℃/μm以上であ
ることが必要とされていた。しかし、このような急峻な
温度勾配を形成することは容易ではなく、装置が複雑化
するとともに、スループットも低くなるという問題があ
った。これに対して、本発明によれば、半導体レーザを
用いるため、レーザの照射時間を従来のガスレーザの場
合よりも長くすることができる。そして、レーザの照射
時間を約100〜200ナノ秒程度とし、水平方向の温
度勾配を100℃/μm以上とすれば、従来と同程度以
上の多結晶化が可能であることが分かった。
On the other hand, as a result of the study by the present inventors, the irradiation target 1
When polycrystallizing 5 by irradiating a laser beam to 5,
In the process of solidifying the amorphous silicon layer deposited on the substrate after melting, the horizontal temperature gradient is 100 ° C./μm.
As described above, it has been found that it is desirable to adjust the intensity distribution at the beam end of the laser beam and the scan speed. In the case of a conventional polycrystallization process using a XeCl gas laser, it was required that the laser pulse irradiation time be about 20 nanoseconds and the horizontal temperature gradient be about 500 ° C./μm or more. However, it is not easy to form such a steep temperature gradient, and there has been a problem that the apparatus becomes complicated and the throughput decreases. On the other hand, according to the present invention, since the semiconductor laser is used, the irradiation time of the laser can be made longer than that of the conventional gas laser. When the laser irradiation time was set to about 100 to 200 nanoseconds and the horizontal temperature gradient was set to 100 ° C./μm or more, it was found that polycrystallization at the same level or more as that of the related art was possible.

【0038】本発明によれば、従来よりも水平方向の温
度勾配を緩くすることができるので、装置の構成を簡素
化し、温度加熱機構なども不要となるいう利点が得られ
る。
According to the present invention, the temperature gradient in the horizontal direction can be made gentler than in the prior art, so that the configuration of the apparatus is simplified, and the advantage that a temperature heating mechanism and the like are not required is obtained.

【0039】本実施例においては、個々の半導体レーザ
11は電圧3ボルト、電流100ミリアンペアを印加
し、パルス幅100ナノ秒、周波数0.5キロヘルツで
駆動する。この駆動条件において取り出されるレーザ光
束サイズは、光源と被照射体15との間に設置された光
学系によって調整される。光学系には、基本的に、レー
ザ光強度を均一にするホモジナイザ13と所望のサイズ
にレーザ光束を形成するための集束と平行化を行うレン
ズ系14との組み合わせが用いられる。
In the present embodiment, each semiconductor laser 11 is driven at a voltage of 3 volts, a current of 100 milliamps, a pulse width of 100 nanoseconds, and a frequency of 0.5 kilohertz. The size of the laser beam extracted under these driving conditions is adjusted by an optical system installed between the light source and the irradiation target 15. As the optical system, basically, a combination of a homogenizer 13 for making the laser beam intensity uniform and a lens system 14 for focusing and parallelizing the laser beam to a desired size is used.

【0040】これらの光学系は、半導体レーザ11の光
出力特性と照射サイズによって調整され、拡大レンズ、
ロッド(lod)レンズ、蒲鉾型レンズ、凹面鏡、凸面
鏡、或いはホログラムなど光学素子の組み合わせが必要
となる場合もある。照射領域における照射光の空間的強
度変動は10%以内、できれば5%以内に抑えることが
望ましい。このために、ホモジナイザ13を用いてビー
ム強度の空間分布を均一化する光学系の設計が必要であ
る。また、このようにして均一化されたレーザビームを
被照射体15の上に走査するためには、ミラースキャン
方式が有効である。
These optical systems are adjusted according to the light output characteristics and the irradiation size of the semiconductor laser 11, and include a magnifying lens,
In some cases, a combination of optical elements such as a rod (lod) lens, a semi-cylindrical lens, a concave mirror, a convex mirror, or a hologram is required. It is desirable that the spatial intensity fluctuation of the irradiation light in the irradiation area be suppressed to within 10%, and preferably within 5%. For this purpose, it is necessary to design an optical system that homogenizes the spatial distribution of the beam intensity using the homogenizer 13. In order to scan the laser beam uniformized in this manner on the irradiation object 15, a mirror scan method is effective.

【0041】以上のようにして形成された所望の長さの
線状レーザビームを走査用ミラー18により走査させる
ことにより、所望のサイズの被照射体15の全面を1回
のスキャンで多結晶化処理することができる。また、レ
ーザビームをスキャンする代わりに、被照射体15を移
動させても良い。上記の光学系を用いて形成されたレー
ザビームは、被照射体上で約100μmの幅に形成さ
れ、ビーム内の強度むらは1%以内である。このレーザ
ビームを、さらに光学系を適宜用いて拡大或いは縮小す
ることにより、或いはレーザアレイ自身を複数並べるこ
とによって、13インチ以上のディスプレイに対応する
所望のサイズのレーザビームを自由に得ることが出来
る。
By scanning the linear laser beam having the desired length formed as described above with the scanning mirror 18, the entire surface of the irradiation target 15 having the desired size can be polycrystallized by one scan. Can be processed. Further, instead of scanning the laser beam, the irradiation target 15 may be moved. The laser beam formed using the above optical system has a width of about 100 μm on the irradiation object, and the intensity unevenness in the beam is within 1%. By expanding or reducing this laser beam using an optical system as appropriate, or by arranging a plurality of laser arrays themselves, a laser beam of a desired size corresponding to a display of 13 inches or more can be freely obtained. .

【0042】本実施例の被照射体15は、通常のガラス
基板の上にPECVD(プラズマCVD)法によりアモ
ルファスシリコン層が約50nm堆積されたものであ
る。この被照射体に、上記のレーザビームを所望の領域
にのみ照射した。ここで、光強度の変動を抑えたレーザ
ビームを実現するには、レーザ発光装置そのものの安定
度を高めることが不可欠である。この点で、レーザの共
振器本体の調整が困難なXeClなどのガスレーザと異
なり、本発明のアレイ状に並べた半導体発光素子の場合
は素子毎の強度差、即ち、ばらつきを個別に調整するこ
とが出来る。各発光素子の光強度変動は、それぞれの発
光素子の強度の測定や供給電力の制御により可能とな
り、手動はもとより自動での光出力制御が可能である。
従って、空間的、時間的光強度変動を抑えた安定な動作
が可能な点が利点となる。この結果として、照射領域に
おける、光強度変動を5%以下に抑えることが可能であ
る。
The irradiation object 15 of this embodiment is an object in which an amorphous silicon layer of about 50 nm is deposited on a normal glass substrate by PECVD (plasma CVD). The object to be irradiated was irradiated with the above laser beam only to a desired region. Here, in order to realize a laser beam in which fluctuations in light intensity are suppressed, it is essential to increase the stability of the laser light emitting device itself. In this point, unlike a gas laser such as XeCl, in which adjustment of the laser resonator main body is difficult, in the case of the semiconductor light emitting devices arranged in an array according to the present invention, the intensity difference between the devices, that is, the variation is individually adjusted. Can be done. The light intensity fluctuation of each light emitting element can be achieved by measuring the intensity of each light emitting element and controlling the supplied power, and the light output control can be performed manually as well as automatically.
Therefore, there is an advantage that a stable operation in which spatial and temporal light intensity fluctuations are suppressed can be performed. As a result, it is possible to suppress the light intensity fluctuation in the irradiation area to 5% or less.

【0043】図3は、本実施例により形成された多結晶
の粒径を表す概略図である。すなわち、同図は、FE−
SEM(field emission−scanning electron microsco
pe)による観察例を表す。被照射体は、前述したよう
に、通常のガラス基板上に膜厚50nmのアモルファス
シリコン層をプラズマCVD法により堆積したものであ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the grain size of the polycrystal formed according to this embodiment. That is, FIG.
SEM (field emission-scanning electron microsco
pe). As described above, the irradiation object is obtained by depositing an amorphous silicon layer having a thickness of 50 nm on a normal glass substrate by a plasma CVD method.

【0044】図4は、比較例として、従来の方法で作成
された多結晶の粒径を表す概略図である。同図も、FE
−SEM(field emission−scanning electron micros
cope)による観察例を表す。この多結晶は、0.6J級
の最大照射エネルギーを有するXeClレーザを用い、
光学系により幅約200μm、長さ10cmのビームサ
イズとして多結晶化を行ったものである。被照射体は、
図3に用いたものと同じ基板から切り出された。
FIG. 4 is a schematic diagram showing, as a comparative example, the grain size of a polycrystal produced by a conventional method. This figure also shows FE
−SEM (field emission-scanning electron micros
cope). This polycrystal uses a XeCl laser having a maximum irradiation energy of 0.6 J class,
The optical system is polycrystallized with a beam size of about 200 μm in width and 10 cm in length. The irradiated object is
Cut from the same substrate as used in FIG.

【0045】多結晶化に際しては、この200μm幅の
レーザビームを1回当たり20ナノ秒の照射時間で、1
0回照射した。図4において、多結晶の平均粒径はおよ
そ0.2μmであるが、そのばらつきは0.05〜0.
3μmの範囲に拡がり、およそ25〜150%のばらつ
きがある。このばらつきは、その上に作られるTFT素
子の不均一を引きおこすため、結果として画素の点灯不
良や、コントラストの不均一が生じる。このような粒径
のばらつきは、照射レーザ光の光強度変動に強く依存す
る。本比較例で用いたガスレーザは、強度変動が15%
程度あるため、前述したように結晶粒径の制御が困難で
あり、図4に示したような粒径のばらつきをもたらす。
At the time of polycrystallization, the laser beam having a width of 200 μm is irradiated for one time with an irradiation time of 20 nanoseconds.
Irradiated 0 times. In FIG. 4, the average grain size of the polycrystal is about 0.2 μm, but its variation is 0.05 to 0.5 μm.
It extends over a range of 3 μm, with a variation of about 25-150%. This variation causes non-uniformity of TFT elements formed thereon, resulting in defective lighting of pixels and non-uniformity of contrast. Such variation in the particle size strongly depends on the light intensity fluctuation of the irradiation laser light. The gas laser used in this comparative example had a 15% intensity variation.
As described above, it is difficult to control the crystal grain size as described above, resulting in a variation in the grain size as shown in FIG.

【0046】これに対して、図3に示したように、本実
施例によれば、多結晶の平均粒径はやはり0.2μm程
度であるが、そのばらつきは0.1〜0.3μmの範囲
に収まり、50〜150%程度のばらつきに減少してい
る。特に、本実施例によれば、小粒径の結晶粒が減り、
大きな粒径に揃っていることが、図6からも明瞭に分か
る。すなわち、本発明の効果によって、多結晶化プロセ
ス後に得られる多結晶の粒径分布が半減した。この効果
は、従来例に較べて照射エネルギの変動を抑えられたこ
とに起因している。本実施例においては、照射エネルギ
変動を5%程度まで抑制したが、さらに2%程度以下と
するとより均一な結晶粒分布が得られる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, according to the present embodiment, the average grain size of the polycrystal is also about 0.2 μm, but the variation is 0.1 to 0.3 μm. Within the range, the variation is reduced to about 50 to 150%. In particular, according to the present embodiment, the crystal grains having a small particle size are reduced,
It can be clearly seen from FIG. 6 that the particles have a uniform size. That is, by the effect of the present invention, the particle size distribution of the polycrystal obtained after the polycrystallization process was reduced by half. This effect is attributable to the fact that the variation in irradiation energy was suppressed as compared with the conventional example. In the present embodiment, the fluctuation of the irradiation energy is suppressed to about 5%, but when the irradiation energy is further reduced to about 2% or less, a more uniform crystal grain distribution can be obtained.

【0047】このように、本発明によれば、レーザビー
ムの重なり部を解消し、同時にビーム強度の出力変動を
抑制することにより、従来よりもはるかに均一な多結晶
を作製することが可能となる。本発明は、大型液晶ディ
スプレイの高性能化、高精細化を実現するために不可欠
な要素であり、従来の方法では実現し得なかったもので
ある。
As described above, according to the present invention, it is possible to produce a much more uniform polycrystal than the conventional one by eliminating the overlapping portion of the laser beams and suppressing the output fluctuation of the beam intensity at the same time. Become. The present invention is an essential element for realizing high performance and high definition of a large liquid crystal display, and cannot be realized by the conventional method.

【0048】なお、上述した実施例では、パルスレーザ
光を照射する場合について説明したが、連続的にレーザ
光を照射する場合でも同様の効果が得られる。すなわ
ち、状況に応じて、パルス或いは連続的に被照射体を照
射することで、被結晶化薄膜の特性に応じたきめ細かな
調整が可能である。
In the above-described embodiment, the case where the pulse laser beam is irradiated is described. However, the same effect can be obtained even when the laser beam is continuously irradiated. That is, by irradiating the object to be irradiated with a pulse or continuously according to the situation, fine adjustment according to the characteristics of the thin film to be crystallized is possible.

【0049】さらに、半導体レーザの波長を選べば、本
実施例のシリコンに限らず、各種の超伝導材料、化合物
材料、有機材料、絶縁材料などの多結晶化にも、本発明
の方法は有効である。
Further, if the wavelength of the semiconductor laser is selected, the method of the present invention is effective not only for the silicon of the present embodiment but also for the polycrystallization of various superconducting materials, compound materials, organic materials, insulating materials and the like. It is.

【0050】一方、上記したガスレーザを用いた従来例
の場合は、1パルスあたりのレーザ発振時間は20ナノ
秒であるが、半導体レーザの特徴として、発振時間を変
えて被照射体に適した所望の照射時間を選ぶこともでき
る。具体的には、200ナノ秒程度まで照射時間を延ば
すことが可能であり、このようにして多結晶の多結晶化
可能時間を制御することが出来るので、異なる処理基板
に対して、任意に結晶条件を期待できる。
On the other hand, in the case of the conventional example using the above-described gas laser, the laser oscillation time per pulse is 20 nanoseconds. Irradiation time can also be selected. Specifically, the irradiation time can be extended up to about 200 nanoseconds, and the polycrystallizable time of the polycrystal can be controlled in this manner. We can expect condition.

【0051】また、図2において、ホモジナイザ13と
被照射体15との間に、図示しない光分割器を設けて基
板上に点在した複数の領域をそれぞれ照射するようにし
ても良い。すなわち、本発明によれば、個々の半導体レ
ーザ11から放出されたレーザ光をホモジナイザ13に
より一旦まとめることにより、ビームの強度ばらつきを
平均化させ、しかる後に必要に応じて分割することによ
り、分割されたいずれのビームの強度も、原理的に均一
にすることができる。
In FIG. 2, a light splitter (not shown) may be provided between the homogenizer 13 and the irradiation object 15 to irradiate a plurality of areas scattered on the substrate. That is, according to the present invention, the laser light emitted from each of the semiconductor lasers 11 is once collected by the homogenizer 13 so that the intensity variation of the beam is averaged, and then, if necessary, the laser light is divided as necessary. In addition, the intensity of any of the beams can be made uniform in principle.

【0052】前記実施例ではレーザ素子からの発光をそ
のまま利用する場合を例示したが、これ以外にも、例え
ば、波長変換素子を用いても良い。図5は、高調波発生
素子を用いた場合を例示する概念図である。すなわち、
同図の例においては、赤色レーザ11を励起光源とする
高調波発生装置21を用いることにより、所定の波長の
レーザ光を得ることができる。高調波発生装置21とし
ては、例えば、KTB結晶やBBO結晶を利用した2倍
波発生素子(secondharmonic generation:SHG)を
用いることができる。また、3倍波あるいはそれ以上の
高調波に変換しても良い。このようにして得られた高調
波は、レンズ14及び19、ミラー18を介して被照射
体15に照射される。
In the above-described embodiment, the case where the light emission from the laser element is used as it is is exemplified. However, other than this, for example, a wavelength conversion element may be used. FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a case where a harmonic generation element is used. That is,
In the example shown in the figure, a laser beam having a predetermined wavelength can be obtained by using the harmonic generator 21 using the red laser 11 as an excitation light source. As the harmonic generation device 21, for example, a second harmonic generation element (SHG) using a KTB crystal or a BBO crystal can be used. Further, it may be converted to a third harmonic or higher harmonic. The harmonics obtained in this manner are irradiated on the irradiation target 15 via the lenses 14 and 19 and the mirror 18.

【0053】また、レーザ素子11は、点発光型の素子
に限らず、面発光型のレーザ素子を用いても同様の効果
が得られる。
Further, the laser element 11 is not limited to a point emission type element, and the same effect can be obtained by using a surface emission type laser element.

【0054】図6は、レーザ光発生装置の一例を表す斜
視図である。すなわち、同図に表したように、素子アレ
イ11をスタック状に重ね合わせ、これらの間に冷却機
構57を設けることにより、高出力でより安定した動作
が可能となる。冷却機構57としては、例えば、水冷機
構やペルチェ素子などをもちいた電子冷却機構などを利
用することができる。このような冷却機構を利用するこ
とで、パルス発振に比べて発振出力を高められない場合
の多い連続発振時の発振出力を高めることが可能とな
る。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a laser beam generator. That is, as shown in the figure, by stacking the element arrays 11 in a stack and providing the cooling mechanism 57 therebetween, high-output and more stable operation can be performed. As the cooling mechanism 57, for example, a water cooling mechanism or an electronic cooling mechanism using a Peltier element or the like can be used. By using such a cooling mechanism, it is possible to increase the oscillation output during continuous oscillation, which often cannot be increased as compared with pulse oscillation.

【0055】図7は、光源となる発光素子を曲線状に並
べた場合を例示する概念図である。直線状のビーム形状
を持つレーザ光に比べて曲面状のレーザ光を照射する
と、レーザビームの先頭部分で結晶化した結晶粒の両脇
の結晶粒は先頭の結晶粒よりも遅れて結晶化が行われる
ように結晶成長を制御できる。この結果として、従来よ
りも大きな多結晶粒を実現できる。
FIG. 7 is a conceptual diagram exemplifying a case where light-emitting elements as light sources are arranged in a curved line. When a curved laser beam is irradiated compared to a laser beam having a linear beam shape, the crystal grains on both sides of the crystal grains crystallized at the head of the laser beam are crystallized later than the head crystal grains. Crystal growth can be controlled as is done. As a result, it is possible to realize polycrystal grains larger than before.

【0056】照射位置を固定せずに、スキャンする場合
は、レーザビームのスキャン方向と垂直な方向の結晶成
長も進行する。この場合は、より長い結晶化時間を確保
できるので、このビーム形状を適宜調節することによ
り、単に直線状のレーザ光を照射する場合にくらべてよ
り大きなサイズの結晶粒が得られる。また、パルス発振
の発光素子を用いた場合に特に有効で、連続発振で発光
素子を利用する場合と比べて発振出力の向上が期待でき
るため、レーザの安定動作、スループットの向上、ある
いは低消費エネルギなどの多くのメリットがある。連続
発振の場合は、結晶化速度として、例えば1ミリメータ
/秒以上の速度で基板上を走査することによって、その
効果が得られる。結晶化が可能であれば、1センチメー
タ/秒以上の速度での走査が望ましい。
When scanning without fixing the irradiation position, crystal growth in the direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam also proceeds. In this case, a longer crystallization time can be ensured, so that by appropriately adjusting the beam shape, crystal grains having a larger size can be obtained as compared with the case of simply irradiating a linear laser beam. In addition, it is particularly effective when a pulse oscillation light emitting element is used, and the oscillation output can be expected to be improved as compared with the case where a continuous oscillation light emitting element is used. There are many benefits, such as: In the case of continuous oscillation, the effect can be obtained by scanning the substrate at a crystallization speed of, for example, 1 millimeter / second or more. If crystallization is possible, scanning at a speed of 1 cm / sec or more is desirable.

【0057】図8は、液晶表示装置のTFT部分にのみ
レーザ光を照射する場合の実施例を表す。すなわち、被
照射体のうちでTFTが形成される部分15aにのみレ
ーザ光が照射されるようにレーザ素子11を配列し、ま
たは、アレイ状に配列されたレーザ素子11の所定の位
置の素子のみを動作させる。この際に、基板とアレイと
を相対的に、すなわち本実施例においては、被照射体1
5を図中の矢印の方向に移動させ、適宜レーザ光を照射
する。
FIG. 8 shows an embodiment in which laser light is applied only to the TFT portion of the liquid crystal display device. That is, the laser elements 11 are arranged so that the laser light is irradiated only to the portion 15a where the TFT is formed in the irradiation target, or only the elements at predetermined positions of the laser elements 11 arranged in an array are arranged. To work. At this time, the substrate and the array are relatively positioned, that is, in this embodiment, the irradiation target 1 is
5 is moved in the direction of the arrow in the figure, and is appropriately irradiated with laser light.

【0058】本実施例の場合は、基板全面を照射する必
要が無いので、駆動する発光素子の数を減らすことが可
能であり、装置の簡略化、小型化、軽量化はもとより、
低消費電力型の多結晶化装置を実現することが可能とな
る。また、基板全面の多結晶化と異なり、スループット
の向上による低コスト化も期待できる。
In the case of this embodiment, since it is not necessary to irradiate the entire surface of the substrate, it is possible to reduce the number of light-emitting elements to be driven, and to simplify and reduce the size and weight of the device.
It is possible to realize a low power consumption type polycrystallization apparatus. Also, unlike polycrystallization of the entire surface of the substrate, cost reduction can be expected by improving the throughput.

【0059】さらに、本実施例によれば、従来よりも高
性能且つ高信頼性を有する液晶表示装置を高い歩留まり
で製造することが可能となる。すなわち、アモルファス
シリコンまたは微細多結晶シリコンをレーザアニールに
より多結晶化すると、その表面が凹凸状となり、結晶粒
界、特に粒界3重点において「突起」が生ずることが一
般的に認められている。液晶表示装置を構成するいわゆ
る「アレイ基板」は、TFTとともに、絶縁膜をキャパ
シタとして用いる「補助容量部」を有するが、前述した
「突起」により、補助容量部の絶縁膜が短絡し、または
耐圧が低下する。その結果として、蓄積容量の変動によ
る表示むらや、信頼性の低下、製造歩留まりの低下とい
う問題があった。
Further, according to this embodiment, it is possible to manufacture a liquid crystal display device having higher performance and higher reliability than the conventional one at a high yield. That is, it is generally recognized that when amorphous silicon or fine polycrystalline silicon is polycrystallized by laser annealing, its surface becomes uneven, and "projections" are generated at crystal grain boundaries, particularly at the triple point of the grain boundaries. The so-called “array substrate” that constitutes the liquid crystal display device has an “auxiliary capacitance section” using an insulating film as a capacitor together with a TFT. Decrease. As a result, there have been problems such as display unevenness due to a change in storage capacity, reduction in reliability, and reduction in manufacturing yield.

【0060】これに対して、本実施例によれば、被照射
体すなわちアレイ基板のうちで、TFT部15aのみを
効率的に多結晶化するが可能となる。つまり、補助容量
部をレーザ光で照射しないようにすれば、「突起」の発
生を抑制し、前述した絶縁膜の短絡や耐圧の低下という
問題を解消することができる。このように、本実施例に
よれば、補助容量部における多結晶シリコンの「突起」
を抑制することにより、高品質で高信頼性を有する大型
液晶表示装置を安定して製造することができるようにな
る。
On the other hand, according to the present embodiment, it is possible to efficiently polycrystallize only the TFT portion 15a in the irradiation target, that is, the array substrate. That is, if the auxiliary capacitance portion is not irradiated with the laser beam, the occurrence of “projections” can be suppressed, and the above-described problems of short-circuiting of the insulating film and reduction in withstand voltage can be solved. As described above, according to the present embodiment, the “projection” of the polycrystalline silicon in the auxiliary capacitance portion
, A large-sized liquid crystal display device having high quality and high reliability can be stably manufactured.

【0061】図9は、2次元状に配置された複数のレー
ザ素子からレーザ光を照射する例を表す概念図である。
すなわち、複数のアレイ状の発光装置10を被照射体で
ある液晶表示装装置15のTFT部分15aのみ照射す
るように並列して設ける実施例を示す。この場合は、被
照射体15の全面を照射する必要が無いうえに、一度に
基板上の全てのTFT部分15aを多結晶化することが
出来る。従って、被照射体あるいはレーザ装置の移動が
不要となり、装置の簡略化、小型化、軽量化はもとよ
り、低消費電力型の多結晶化装置を実現することが可能
となる。また、基板全面の多結晶化と異なり、スループ
ットの向上による低コスト化も期待できる。さらに、前
述した実施例と同様に、補助容量部の「突起」を解消し
て、高品質且つ高信頼性を有する液晶表示装置を低コス
ト、高歩留まりで製造することができるようになる。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing an example in which laser light is emitted from a plurality of laser elements arranged two-dimensionally.
That is, an embodiment in which a plurality of light emitting devices 10 in an array are provided in parallel so as to irradiate only the TFT portion 15a of the liquid crystal display device 15 which is an object to be irradiated. In this case, it is not necessary to irradiate the entire surface of the irradiation object 15, and all the TFT portions 15a on the substrate can be polycrystallized at one time. Therefore, it is not necessary to move the irradiation object or the laser device, and it is possible to realize a low power consumption type polycrystallizing apparatus as well as simplification, miniaturization, and weight reduction of the apparatus. Also, unlike polycrystallization of the entire surface of the substrate, cost reduction can be expected by improving the throughput. Further, similarly to the above-described embodiment, the "protrusion" of the auxiliary capacitance portion is eliminated, and a liquid crystal display device having high quality and high reliability can be manufactured at low cost and high yield.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
従来困難であった、線状或いは面状の所望のサイズに調
節したレーザビームを容易に形成することができるた
め、大面積領域を多結晶化するに際して、ビーム端を重
ねて別の領域の多結晶化を行う必要がなく、1回のスキ
ャンで所望の面積の多結晶化が可能となる。
As described in detail above, according to the present invention,
Since a laser beam adjusted to a desired linear or planar size, which has been difficult in the past, can be easily formed, when polycrystallizing a large area region, the beam ends are overlapped to form a multi-region. It is not necessary to perform crystallization, and polycrystallization of a desired area can be performed by one scan.

【0063】従って、ビーム端を重ねることによる多結
晶の不均一部分を生じることなく、より均一に所望の面
積の多結晶化が可能となる。
Accordingly, it is possible to more uniformly polycrystallize a desired area without causing nonuniform portions of polycrystal due to overlapping beam ends.

【0064】さらに、本発明によれば、光源として用い
る半導体レーザの光出力変動を、前記のXeClなどの
ガスレーザと比べて格段に小さく抑えることができる。
その結果として、本発明を用いて作製する多結晶の粒径
はより均一となるため、液晶ディスプレイなどの各種の
デバイスの高性能化を実現できる。
Further, according to the present invention, the fluctuation of the light output of a semiconductor laser used as a light source can be suppressed much smaller than that of a gas laser such as XeCl.
As a result, the grain size of the polycrystal produced by using the present invention becomes more uniform, so that the performance of various devices such as a liquid crystal display can be improved.

【0065】また、本発明によれば、従来に比べて光学
系を簡素化することもできる。さらに、レーザ装置本体
の寸法を1/10以下に小型化でき、同時に軽量化も果
たされる。
Further, according to the present invention, the optical system can be simplified as compared with the related art. Furthermore, the size of the laser device main body can be reduced to 1/10 or less, and at the same time, the weight can be reduced.

【0066】以上説明したように、本発明によれば、従
来よりも均一な多結晶化が可能となり、高性能且つ高信
頼性を有する液晶表示装置などの各種のデバイスを低コ
スト、高歩留まりで製造することができるようになり、
産業上のメリットは多大である。
As described above, according to the present invention, it is possible to achieve a more uniform polycrystallization than before, and to provide various devices such as a liquid crystal display device having high performance and high reliability at low cost and high yield. Can be manufactured,
The industrial benefits are enormous.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による多結晶成長方法を表す概念図であ
る。
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a polycrystal growth method according to the present invention.

【図2】本発明の実施例を説明する概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図3】本実施例により形成された多結晶の粒径を表す
概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a grain size of a polycrystal formed according to the present embodiment.

【図4】従来の方法で作成された多結晶の粒径を表す比
較例の概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a comparative example showing the grain size of a polycrystal produced by a conventional method.

【図5】高調波発生素子を用いた場合を例示する概念図
である。
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a case where a harmonic generation element is used.

【図6】レーザ光発生装置の一例を表す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view illustrating an example of a laser light generator.

【図7】光源となる発光素子を曲線状に並べた場合を例
示する概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a case where light-emitting elements serving as light sources are arranged in a curved line.

【図8】液晶表示装置のTFT部分にのみレーザ光を照
射する場合の実施例を表す。
FIG. 8 illustrates an embodiment in which laser light is irradiated only to a TFT portion of a liquid crystal display device.

【図9】2次元状に配置された複数のレーザ素子からレ
ーザ光を照射する例を表す概念図である。
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating an example in which laser light is emitted from a plurality of laser elements arranged two-dimensionally.

【図10】従来のXeClレーザを用いたアモルファス
シリコンの多結晶化の方法を表す概念図である。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a method of polycrystallizing amorphous silicon using a conventional XeCl laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 レーザ光発生装置 11 半導体レーザ 13 ホモジナイザ 14、19 レンズ 15 被照射体 18 ミラー 21 高調波発生装置 57 冷却手段 111 ガスレーザ 113 ホモジナイザ 114 光学系 115 被照射体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser light generator 11 Semiconductor laser 13 Homogenizer 14, 19 Lens 15 Irradiation object 18 Mirror 21 Harmonic generator 57 Cooling means 111 Gas laser 113 Homogenizer 114 Optical system 115 Irradiation object

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】非晶質あるいは多結晶状態の被照射体を光
照射により多結晶化せしめる多結晶の成長方法であっ
て、半導体発光素子から放出される光を用いて点状、線
状、或いは面状の光束を形成し、この光束を前記被照射
体に照射することにより前記多結晶化することを特徴と
する多結晶の成長方法。
1. A method for growing a polycrystal in which an irradiation target in an amorphous or polycrystalline state is polycrystallized by light irradiation, wherein a point, a line, or a line is formed using light emitted from a semiconductor light emitting element. Alternatively, a polycrystalline growth method is characterized in that a planar light beam is formed, and the light beam is irradiated on the object to be polycrystallized.
【請求項2】前記光束は、前記被照射体上のいずれかの
方向において前記被照射体の一端から他端まで達する長
さを有し、 前記光束と前記被照射体とをひとつの方向に沿って相対
的に移動させることにより前記被照射体の全面を光照射
することを特徴とする請求項1記載の多結晶の成長方
法。
2. The light beam has a length extending from one end to the other end of the irradiation object in any direction on the irradiation object, and the light beam and the irradiation object are arranged in one direction. 2. The method of growing a polycrystal according to claim 1, wherein the entire surface of the irradiation object is irradiated with light by relatively moving the irradiation object along the surface.
【請求項3】前記半導体発光素子から放出される前記光
の強度の時間的な変動または、前記被照射体の照射面に
おける光の照射量の分布を5%以内に抑制することを特
徴とする請求項1または2に記載の多結晶の成長方法。
3. The method according to claim 1, wherein a temporal variation of the intensity of the light emitted from the semiconductor light emitting element or a distribution of a light irradiation amount on an irradiation surface of the irradiation object is suppressed to within 5%. The method for growing a polycrystal according to claim 1.
【請求項4】複数の前記半導体発光素子を間隔をおいて
配置し、前記被照射体上において点在する複数の領域を
照射することを特徴とする請求項1記載の多結晶の成長
方法。
4. A method for growing a polycrystal according to claim 1, wherein a plurality of said semiconductor light emitting devices are arranged at intervals and a plurality of regions scattered on said irradiation object are irradiated.
【請求項5】前記被照射体が前記光照射により溶融後固
化する過程での、前記光照射される照射面の面内方向の
温度勾配を100℃/μm以上とすることを特徴とする
請求項1〜4のいずれか1つに記載の多結晶の成長方
法。
5. A temperature gradient in an in-plane direction of an irradiated surface to be irradiated with light during the process of melting and solidifying the irradiated object by the light irradiation is set to 100 ° C./μm or more. Item 5. The method for growing a polycrystal according to any one of Items 1 to 4.
【請求項6】非晶質あるいは多結晶状態の被照射体を光
照射により多結晶化せしめる多結晶の製造装置であっ
て、 半導体発光素子と、 前記半導体発光素子から放出される光を点状、線状、或
いは面状の光束に形成する光束形成手段と、 前記光束を前記被照射体に照射する照射手段と、 を備え、前記光束を前記被照射体に照射することにより
前記多結晶化するものとして構成されたことを特徴とす
る多結晶の製造装置。
6. A polycrystal manufacturing apparatus for polycrystallizing an object to be irradiated in an amorphous or polycrystalline state by light irradiation, comprising: a semiconductor light emitting element; A light beam forming means for forming a linear or planar light beam; and an irradiating means for irradiating the object with the light beam, wherein the polycrystallization is performed by irradiating the object with the light beam. An apparatus for producing a polycrystal, comprising:
【請求項7】前記光束形成手段は、前記被照射体上のい
ずれかの方向において前記被照射体の一端から他端まで
達する長さを有する前記光束を形成し、前記光束と前記
被照射体とをひとつの方向に沿って相対的に移動させる
ことにより前記被照射体の全面を光照射するものとして
構成されたことを特徴とする請求項6記載の多結晶の製
造装置。
7. The light beam forming means forms the light beam having a length extending from one end to the other end of the irradiation object in any direction on the irradiation object, and the light beam and the irradiation object are formed. 7. The apparatus for producing a polycrystal according to claim 6, wherein the apparatus is configured to irradiate the entire surface of the irradiation target with light by relatively moving the irradiation target in one direction.
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